《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)及應用(第2版)微課視頻版》 課件 第3、4章 ZigBee通信技術(shù)、藍牙通信技術(shù)

3.1ZigBee技術(shù)概述

3.2ZigBee協(xié)議棧3.3ZigBee網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)3.4ZigBee網(wǎng)絡的路由協(xié)議3.5ZigBee網(wǎng)絡的組建第3章ZigBee通信技術(shù)ZigBee是什么？ZigBee有什么？ZigBee能干什么？應用特點形成3.1ZigBee技術(shù)概述3.1.1ZigBee技術(shù)的形成、發(fā)展ZigBee名稱的由來源于蜂群使用的賴以生存和發(fā)展的通信方式；蜜蜂通過跳Zig-Zag形狀的舞蹈來分享新發(fā)現(xiàn)的食物源位置、距離和方向等資訊。3.1ZigBee技術(shù)概述ZigBee的定義基于IEEE802.15.4協(xié)議；一種無線自組網(wǎng)技術(shù)標準；由ZigBee聯(lián)盟制定。

ZigBee聯(lián)盟成立于2001年9月；成員為半導體廠商、無線IP供應商、OEM廠商及終端用戶等；目前擁有400多個成員。3.1.1ZigBee技術(shù)的形成、發(fā)展3.1ZigBee技術(shù)概述2001年

8月ZigBee聯(lián)盟成立2004年12月1.0標準敲定(ZigBee2004)2005年9月公布1.0標準并提供下載2006年12月進行標準修訂，推出1.1版(ZigBee2006)2007年

10月完成再次修訂(ZigBee2007/PRO)2000年

12月成立工作小組起IEEE802.15.4標準3.1.1ZigBee

技術(shù)的形成、發(fā)展3.1ZigBee技術(shù)概述20～250kbps的較低速率，分別提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率。最多一個主節(jié)點可管理254個子節(jié)點；同時主節(jié)點還可由上一層網(wǎng)絡節(jié)點管理，最多可組成65000個節(jié)點的大網(wǎng)。發(fā)射功率僅為1mW，而且采用了休眠模式,功耗低；ZigBee模塊的初始成本；協(xié)議簡單，免專利費?；谘h(huán)冗余校驗(CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能,支持鑒權(quán)和認證,采用了AES-128的加密算法；采取了碰撞避免策略。響應速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點連接進入網(wǎng)絡只需30ms。傳輸速率低速度快、時延短網(wǎng)絡容量大安全、可靠低功耗、低成本特點3.1.2ZigBee技術(shù)的特點3.1ZigBee技術(shù)概述適用條件BECDA設備成本很低，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很??；

設備體積很小，不便放置較大的充電電池或者電源模塊；沒有充足的電源支持，只能使用一次性電池；頻繁地更換電池或者反復地充電無法做到或者很困難；用于監(jiān)測或控制且通信覆蓋較大范圍的網(wǎng)絡。

ZigBee技術(shù)的適用條件3.1.3ZigBee技術(shù)的應用3.1ZigBee技術(shù)概述ZigBee技術(shù)的應用領(lǐng)域數(shù)字家庭工業(yè)領(lǐng)域精準農(nóng)業(yè)醫(yī)學領(lǐng)域智能交通3.1.3ZigBee技術(shù)的應用3.1ZigBee技術(shù)概述物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)路層應用層IEEE802.15.4ZigBee聯(lián)盟3.2ZigBee協(xié)議棧ZigBee協(xié)議棧和硬件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系

主要功能IEEE802.15.4/ZigBee物理層（PHY）的任務是通過無線信道進行安全、有效的數(shù)據(jù)通信，為MAC層提供服務；實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)通信需要利用對數(shù)字信號進行編碼并調(diào)制到高頻載波上輻射出去，對具體無線設備的發(fā)射功率也作了一定限定。3.2ZigBee協(xié)議棧3.2.1物理層頻段及信道3.2ZigBee協(xié)議棧3.2.1物理層信道編號中心頻率(MHz) 信道間隔(MHz)頻率上限(MHz) 頻率下限(MHz)K=0868.3868.6868.0K=1,2,3…10906+2(k-1)2928.0902.0K=11,12,13…262401+5(K-11)52483.52400.0ZigBee無線信道的組成3.2ZigBee協(xié)議棧3.2.1物理層物理層管理實體數(shù)據(jù)服務接入點物理層個域網(wǎng)絡基本信息物理層實體——服務接入點無線射頻---服務接入點物理層物理層管理實體3.2ZigBee協(xié)議棧3.2.1物理層參考模型LLC子層在IEEE802.6標準中定義，為802標準系列所共用；LLC子層的主要功能是進行數(shù)據(jù)包的分段與重組以及確保數(shù)據(jù)包按順序傳輸。

LLC子層MAC子層協(xié)議則依賴于各自的物理層；IEEE802.15.4的MAC子層能支持多種LLC標準；其他LLC標準直接使用IEEE802.15.4的MAC子層的服務。MAC子層主要功能通過CSMA-CA機制解決信道訪問時的沖突；發(fā)送信標或檢測、跟蹤信標；處理和維護保護時隙；連接的建立和斷開；安全機制。3.2ZigBee協(xié)議棧3.2.2數(shù)據(jù)鏈路層MAC公共部分子層服務接入點MAC層管理實體服務接入點物理層管理實體服務接入點物理層數(shù)據(jù)服務接入點MAC層管理實體MAC層個域網(wǎng)信息庫MAC公共部分子層3.2ZigBee協(xié)議棧3.2.2數(shù)據(jù)鏈路層MAC子層的參考模型

主要功能生成網(wǎng)絡協(xié)議數(shù)據(jù)單元指定拓撲傳輸路由網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)、網(wǎng)絡形成、允許設備連接、路由器初始化、設備同網(wǎng)絡的連接3.2ZigBee協(xié)議棧3.2.3網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)實體網(wǎng)絡層管理實體NLME—SAP上層實體MCPS—SAPMLME—SAPNLDE—SAPMAC層實體3.2ZigBee協(xié)議棧3.2.3網(wǎng)絡層參考模型功能包括：維持綁定表、在綁定的設備之間傳送消息。應用層參考模型3.2ZigBee協(xié)議棧3.2.4應用層3.2.5Z-Stack協(xié)議棧3.2ZigBee協(xié)議棧ZigBee協(xié)議棧由各層定義的協(xié)議組成，以函數(shù)庫的形式實現(xiàn)，為編程人員提供應用層API。TI公司的Z-Stack協(xié)議棧已經(jīng)成為ZigBee聯(lián)盟認可并推廣的指定軟件規(guī)范，全球眾多ZigBee開發(fā)商都廣泛采用該協(xié)議棧。Z-Stack協(xié)議棧的軟件架構(gòu)3.2.5Z-Stack協(xié)議棧3.2ZigBee協(xié)議棧3.2.5Z-Stack協(xié)議棧3.2ZigBee協(xié)議棧Z-Stack協(xié)議棧源碼結(jié)構(gòu)request請求indication指示原response響應原語confirm確認原語原語類型上層使用request原語請求下層執(zhí)行任務；下層使用confirm語言向上層匯報執(zhí)行結(jié)果；

節(jié)點A向節(jié)點B發(fā)送信息，使用indication原語；節(jié)點B上層收到信息后使用response原語。使用規(guī)范原語簡介ZigBee協(xié)議采用層結(jié)構(gòu)，各層之間通過相應的服務訪問點來提供服務。ZigBee協(xié)議為了實現(xiàn)層與層之間的關(guān)聯(lián)，采用了稱為服務“原語"的操作。3.2.6ZigBee原語3.2ZigBee協(xié)議棧全功能設備FullFunctionDevice:FFD；具備控制器的功能，可設置網(wǎng)絡。精簡功能設備ReducedFunctionDevice:RFD；可傳送信息給FFD或從FFD接收信息。設備地址64位的IEEEMAC地址（擴展地址）16位的短地址（邏輯地址）ZigBee網(wǎng)絡的設備3.3.1設備類型3.3ZigBee網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)器節(jié)點建立新的網(wǎng)絡設定網(wǎng)絡參數(shù)管理網(wǎng)絡中的節(jié)點路由器節(jié)點路由發(fā)現(xiàn)消息轉(zhuǎn)發(fā)允許其他節(jié)點通過其關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡終端節(jié)點執(zhí)行數(shù)據(jù)采集傳輸通過協(xié)調(diào)器或路由器關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡ZigBee網(wǎng)絡的節(jié)點3.3.2節(jié)點類型3.3ZigBee網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)器節(jié)點3.3.2節(jié)點類型3.3ZigBee網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)路由器節(jié)點3.3.2節(jié)點類型3.3ZigBee網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)終端節(jié)點3.3.2節(jié)點類型3.3ZigBee網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)器節(jié)點的工作流程路由器節(jié)點建立網(wǎng)絡的流程終端節(jié)點建立綁定流程3.3.3拓撲結(jié)構(gòu)類型3.3ZigBee網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)星狀結(jié)構(gòu)(Star)樹狀結(jié)構(gòu)(Tree)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(Mesh)優(yōu)點---最簡單的一種拓撲形式；---包含一個協(xié)調(diào)器結(jié)點和一系列的終端節(jié)點。缺點---協(xié)調(diào)器結(jié)點故障將致使整個網(wǎng)絡癱瘓。CPEP1EP2星狀拓撲結(jié)構(gòu)ZigBee協(xié)調(diào)器ZigBee路由器ZigBee終端3.3.3拓撲結(jié)構(gòu)類型3.3ZigBee網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)優(yōu)點---可實現(xiàn)網(wǎng)絡范圍內(nèi)多跳信息服務。---具有一定的穩(wěn)定性和可擴展性。

樹狀拓撲結(jié)構(gòu)ZigBee協(xié)調(diào)器ZigBee路由器ZigBee終端RP2EP3RP1EP1EP2CP缺點---不能很好適應外部動態(tài)環(huán)境；---任意節(jié)點中斷或故障將會使部分節(jié)點脫離網(wǎng)絡。3.3.3拓撲結(jié)構(gòu)類型3.3ZigBee網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)缺點---實現(xiàn)復雜。網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)ZigBee協(xié)調(diào)器ZigBee路由器ZigBee終端RP2CPEPRP1RP3優(yōu)點---具有自組織，自愈的功能。

---具有更加靈活的信息路由規(guī)則。RP43.3.3拓撲結(jié)構(gòu)類型3.3ZigBee網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)ZigBee路由協(xié)議描述路由協(xié)議作用

監(jiān)控網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的變化交換路由信息確定目的節(jié)點的位置產(chǎn)生、維護以及取消路由選擇路由并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)ZigBee路由協(xié)議為了達到節(jié)約成本，節(jié)省能量消耗的設計目標，ZigBee網(wǎng)絡中的一部份節(jié)點的功能被簡化，這些節(jié)點只能進行簡單的收發(fā)，而不能充當路由器。3.4ZigBee網(wǎng)絡的路由協(xié)議設備地址的類型

64bitIEEE擴展地址：類似于MAC地址，節(jié)點唯一標識。

16-bit網(wǎng)絡短地址：節(jié)點加入網(wǎng)絡時由其父節(jié)點動態(tài)分配；用于路由機制和網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)傳輸。節(jié)點的網(wǎng)絡深度定義：從節(jié)點到根節(jié)點協(xié)調(diào)器的最短跳數(shù)，標識節(jié)點在網(wǎng)絡拓撲圖中的層次位置。當協(xié)調(diào)器建立一個新的網(wǎng)絡后，首先將自己的16bit網(wǎng)絡地址初始化為0，網(wǎng)絡深度初始化為0。

3.4.1

網(wǎng)絡層地址分配機制3.4ZigBee網(wǎng)絡的路由協(xié)議16bit網(wǎng)絡短地址的分配原則規(guī)定每個父節(jié)點最多可連接C個子節(jié)點，這些子節(jié)點中最多可以有R個路由節(jié)點，網(wǎng)絡的最大深度為L，Cskip(d)是網(wǎng)絡深度為d的父節(jié)點為其子節(jié)點分配的地址之間的偏移量，其計算標準如下：說明：當Cskip(d)為0時，表明父節(jié)點不具備為子節(jié)點分配地址的能力，也即它不能夠再使別的節(jié)點通過它加入網(wǎng)絡。當Cskip(d)大于0時，表明父節(jié)點可以接受其它節(jié)點為其子節(jié)點，并為子節(jié)點分配網(wǎng)絡地址。父節(jié)點會為第一個與它關(guān)聯(lián)的路由節(jié)點分配比自己大1的地址，之后與之關(guān)聯(lián)的路由節(jié)點的地址之間都相隔偏移量Cskip(d)。3.4.1

網(wǎng)絡層地址分配機制3.4ZigBee網(wǎng)絡的路由協(xié)議2438761091115【例3.5】在圖3.29所示的網(wǎng)絡中，共有11個節(jié)點。其中，中間的深色節(jié)點為ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點，其他節(jié)點是與協(xié)調(diào)器相連的路由器節(jié)點和終端節(jié)點。假設在當前的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中，每個父節(jié)點最多可以連接4個子節(jié)點(C=4)，且這些子節(jié)點中最多可以有4個路由器節(jié)點(R=4)，當前網(wǎng)絡的最大深度為3(L=3)。計算各個節(jié)點的網(wǎng)絡地址。

路由表

ZigBee協(xié)調(diào)節(jié)點和ZigBee路由節(jié)點都保存一張路由表用來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組，為網(wǎng)絡中的其它節(jié)點保存一個路由表條目。

16bit3bit16bitDestinationaddressStatusNext—hopaddressDestinationaddress：此條路由的目的節(jié)點地址；Status：此條路由的狀態(tài)信息；Next—hopaddress：通往目的節(jié)點的下一跳節(jié)點地址。3.4.2ZigBee網(wǎng)絡路由的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3.4ZigBee網(wǎng)絡的路由協(xié)議

路由發(fā)現(xiàn)表

ZigBee協(xié)調(diào)點和路由節(jié)點保存路由發(fā)現(xiàn)表，表中條目用來儲存路由發(fā)現(xiàn)過程中的一些臨時路由信息。8bit16bit16bit8bit8bit16bitRouterequestIDSourceaddressSenderaddressForwardcostResidualcostExpirationtimeRouterequestID：發(fā)起路由請求的節(jié)點產(chǎn)生的序列號；Sourceaddress：發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)的節(jié)點地址；Senderaddress：路由請求分組發(fā)送給此節(jié)點的節(jié)點地址;Forwardcost：發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)的節(jié)點到此節(jié)點路徑開銷；Residualcost：此節(jié)點到目的節(jié)點的開銷；Expirationtime：路由建立過程的有效時間。3.4.2ZigBee網(wǎng)絡路由的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3.4ZigBee網(wǎng)絡的路由協(xié)議

鄰居節(jié)點列表

ZigBee網(wǎng)絡中的每個節(jié)點都保存一張鄰居節(jié)點列表，用來存儲此節(jié)點傳輸范圍內(nèi)其它節(jié)點的信息。

16bit64bit16bit8bit8bitPANID

Extendedaddress

Networkaddress

Devicetype

Relationship

PANId：鄰節(jié)點PAN標識符；Extendedaddress：鄰節(jié)點的64bitIEEE擴展地址；Networkaddress：鄰節(jié)點16bit網(wǎng)絡地址；Devicetype：鄰節(jié)點類型；Relationship：鄰節(jié)點與當前節(jié)點的關(guān)系。3.4.2ZigBee網(wǎng)絡路由的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3.4ZigBee網(wǎng)絡的路由協(xié)議

路由請求分組具有路由功能的節(jié)點可以向周圍鄰節(jié)點廣播一個RREQ分組，目的是為了找到一條通往它希望到達的目的節(jié)點的有效路徑。

8bit8bit8bit16bit8bitCommandframeidentifierCommandoptionsRouterequestIDDestinationaddressPathcostCommandframeidentifier：指出此控制分組的類型；Commandoptions：指出此路由請求分組是否是在路由修復過程中產(chǎn)生；RouterequestID：發(fā)起路由請求的節(jié)點產(chǎn)生的序列號；Destinationaddress：發(fā)起路由請求的節(jié)點希望建立的路徑的目的地址；Pathcost：指從RREQ的發(fā)起節(jié)點到當前接收RREQ的節(jié)點的路徑開銷。

3.4.2ZigBee網(wǎng)絡路由的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3.4ZigBee網(wǎng)絡的路由協(xié)議

路由應答分組RREQ分組希望到達的目的節(jié)點收到RREQ后向RREQ分組的發(fā)起節(jié)點回復一個RREP分組。8bit8bit8bit16bit16bit8bitCommandframeidentifierCommandoptionsRouterequestIDOriginatoraddressResponderaddressPathcostOriginatoraddress：發(fā)起路由請求的節(jié)點的網(wǎng)絡地址；Responderaddress：該條路由的目的節(jié)點地址，即響應RREQ的節(jié)點的網(wǎng)絡地址。3.4.2ZigBee網(wǎng)絡路由的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3.4ZigBee網(wǎng)絡的路由協(xié)議

路由出錯分組當節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組失敗時將產(chǎn)生一個RERR分組，目的是為了通知此數(shù)據(jù)分組的源節(jié)點分組轉(zhuǎn)發(fā)失敗。8bit8bit16bitCommandframeidentifierErrorcodeDestinationaddressCommandframeidentifier：指出此控制分組的類型(Ox01RREQ，0x02RKEP，0x03RERR)；Errorcode：指出路由出錯的原因；Destinationaddress：指被轉(zhuǎn)發(fā)失敗的數(shù)據(jù)分組的目的地址。3.4.2ZigBee網(wǎng)絡路由的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3.4ZigBee網(wǎng)絡的路由協(xié)議3.4.3ZigBee網(wǎng)絡的路由算法3.4ZigBee網(wǎng)絡的路由協(xié)議AODVjr路由算法樹型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)路由算法

AODVjr路由算法

AODV路由協(xié)議是一種按需路由協(xié)議，利用擴展環(huán)搜索的辦法來限制搜索發(fā)現(xiàn)過的目的節(jié)點的范圍，支持組播，可以實現(xiàn)在ZigBee節(jié)點間動態(tài)的，自發(fā)的路由，使節(jié)點很快的獲得通向所需目的的的路由。ZigBee網(wǎng)絡中使用一種簡化版本的AODV協(xié)議，AODVjr路由只有在路由節(jié)點接收到網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包，并且網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包的目的地址不在節(jié)點的路由表中時才會進行路由發(fā)現(xiàn)過程。3.4.3ZigBee網(wǎng)絡的路由算法3.4ZigBee網(wǎng)絡的路由協(xié)議路由發(fā)現(xiàn)過程1源節(jié)點首先創(chuàng)建一個路由請求分組(RREQ)；

建立相應的路由表條目和路由發(fā)現(xiàn)表條目，狀態(tài)設置為路由發(fā)現(xiàn)中。2當RREQ消息從一個源節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)到不同的目的地時，沿途所經(jīng)過的節(jié)點都要自動建立到源節(jié)點的反向路由；當RREQ消息最終到達目的節(jié)點，節(jié)點驗證后產(chǎn)生應答。反向路由建立3在RREP以單播方式轉(zhuǎn)發(fā)回源節(jié)點的過程中，沿著這條路徑上的每一個節(jié)點都會根據(jù)PREP的指導建立到目的節(jié)點的路由，也就是說確定到目的地址節(jié)點的下一跳(next-hop)。正向路由的建立3.4.3ZigBee網(wǎng)絡的路由算法3.4ZigBee網(wǎng)絡的路由協(xié)議數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)措施

目的節(jié)點是自身的一個后代節(jié)點，則下一跳（nexthop）的節(jié)點地址為：目的節(jié)點不是自身的一個后代節(jié)點，路由節(jié)點將把該包送交自己的父節(jié)點處理。Cluster-Tree路由算法3.4.3ZigBee網(wǎng)絡的路由算法3.4ZigBee網(wǎng)絡的路由協(xié)議優(yōu)點：使不具有路由功能的節(jié)點間通過與各自的父節(jié)點間的通信仍然可以發(fā)送數(shù)據(jù)分組和控制分組。缺點：效率不高。Cluster-Tree算法優(yōu)缺點優(yōu)點：相對于有線網(wǎng)絡的路由協(xié)議而言，它不需要周期性的路由信息廣播，節(jié)省了一定的網(wǎng)絡資源，并降低了網(wǎng)絡功耗。缺點：是在需要時才發(fā)起路由尋找過程，會增加數(shù)據(jù)到達目的地址的時間。

AODVjr算法優(yōu)缺點

路由算法比較

ZigBee路由算法

ZigBee網(wǎng)絡中存在RN+和RN—兩種類型的節(jié)點，其中RN+節(jié)點是具有足夠的存儲空間和能力執(zhí)行AODvjr路由協(xié)議的節(jié)點，而RN—節(jié)點的存儲空間和能力卻是相對有限的，它不能夠執(zhí)行AODvjr路由協(xié)議，但它可以使用Cluster-Tree算法幫助轉(zhuǎn)發(fā)控制分組。3.4.4ZigBee網(wǎng)絡的路由機制3.4ZigBee網(wǎng)絡的路由協(xié)議ZigBee網(wǎng)絡的路由工作機制---路由建立過程步驟一

節(jié)點創(chuàng)建并向周圍節(jié)點廣播一個RREQ分組；若收到RREQ的節(jié)點是RN—，則按Cluster-Tree路由轉(zhuǎn)發(fā)此分組；若收到RREQ的節(jié)點是RN+，則根據(jù)RREQ中的信息建立路由發(fā)現(xiàn)表條目和路由表條目并繼續(xù)廣播此分組。

步驟二計算將RREQ發(fā)送給它的鄰節(jié)點與本節(jié)點之間的鏈路開銷；將它加到RREQ中存儲的鏈路開銷上；然后將更新后的鏈路開銷存入路由發(fā)現(xiàn)表條目中。3.4.4ZigBee網(wǎng)絡的路由機制3.4ZigBee網(wǎng)絡的路由協(xié)議步驟三

若RREQ到達目節(jié)點或者目的節(jié)點的父節(jié)點，此節(jié)點向RREQ的源節(jié)點回復一個RREP分組；RREP應沿著已建立的反向路徑向源節(jié)點傳輸，收到RREP的節(jié)點建立到目的節(jié)點的正向路徑并更新相應的路由信息。步驟四節(jié)點在轉(zhuǎn)發(fā)RREP前會計算反向路徑中下一跳節(jié)點與本節(jié)點之間的鏈路開銷；將它加到RREP中存儲的鏈路開銷上；當RREP到達相應RREQ的發(fā)起節(jié)點時，路由建立過程結(jié)束。

ZigBee網(wǎng)絡的路由工作機制---路由建立過程3.4.4ZigBee網(wǎng)絡的路由機制3.4ZigBee網(wǎng)絡的路由協(xié)議【例3.7】圖3.31所示為一個包含10個節(jié)點的ZigBee網(wǎng)絡，圖中白色節(jié)點為RN+節(jié)點，灰色節(jié)點為RN-節(jié)點，節(jié)點0為ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點。假設節(jié)點2要向節(jié)點9發(fā)送數(shù)據(jù)分組，但路由表中沒有到達節(jié)點9的路由。因為節(jié)點2是一個RN+節(jié)點，所以它將發(fā)起路由建立過程。RN+RN—廣播路徑反向路徑父子關(guān)系數(shù)據(jù)分組傳輸路徑2147035869(a)2147035869(c)217035869(d)42475869(b)103ZigBee網(wǎng)絡的路由工作機制---路由維護過程情況一

如果在數(shù)據(jù)傳輸中如果發(fā)生鏈路中斷，將由中斷鏈路的上游節(jié)點激活路由維護過程。情況四如果一個RFD終端節(jié)點與父節(jié)點通信中斷，將發(fā)起孤立通知過程，嘗試重新加入網(wǎng)絡并恢復與父節(jié)點的通信；情況二如果檢測到鏈路失效的是RN+節(jié)點，它將采用本地修復方式來維護路由，即緩存來自源節(jié)點的數(shù)據(jù)分組并廣播。情況三

如果檢測到鏈路失效的是RN一節(jié)點，它將直接向源節(jié)點發(fā)送RERR，由源節(jié)點重建路由。3.4.4ZigBee網(wǎng)絡的路由機制3.4ZigBee網(wǎng)絡的路由協(xié)議3.5.1ZigBee網(wǎng)絡的初始化網(wǎng)絡初始化流程確定網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器進行信道掃描設置網(wǎng)絡ID主動掃描發(fā)送信標請求命令設置掃描期限建立ZigBee網(wǎng)絡能量掃描主動掃描

節(jié)點是全功能設備

未與其他網(wǎng)絡連接網(wǎng)絡初始化準備3.5ZigBee網(wǎng)絡的組建ZigBee協(xié)調(diào)器APLZigBee協(xié)調(diào)器NWKZigBee協(xié)調(diào)器MAC123456789101.NLME_NETWORK_FORMATION.request2.4.MLME_SCAN.request3.5.MLME_SCAN.confirm6.MLME_SET.request8.MLME_START.requestMLME_START.confirm7.MLME_SET.confirm10.NLME_NETWORK_FORMATION.confirm通過協(xié)調(diào)器連接入網(wǎng)設備節(jié)點協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)請求關(guān)聯(lián)相應命令回復確認幀設備節(jié)點協(xié)調(diào)器發(fā)送關(guān)聯(lián)請求回復確認幀等待協(xié)調(diào)器處理查找網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器3.5.2設備節(jié)點加入ZigBee網(wǎng)絡3.5ZigBee網(wǎng)絡的組建子節(jié)點加入網(wǎng)絡原語執(zhí)行情況孤兒節(jié)點讀取相應數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中信息向原父節(jié)點發(fā)送請求若父節(jié)點同意，入網(wǎng)成功否則成為新節(jié)點新節(jié)點信道掃描尋找父節(jié)點選擇深度最小的父節(jié)點通過已有節(jié)點加入網(wǎng)絡3.5.2設備節(jié)點加入ZigBee網(wǎng)絡3.5ZigBee網(wǎng)絡的組建3.5.3智能家居系統(tǒng)的組建3.5ZigBee網(wǎng)絡的組建智能家居作為家庭信息化的實現(xiàn)方式，已成為社會信息化發(fā)展的重要組成部分，其發(fā)展呈現(xiàn)多樣化，技術(shù)實現(xiàn)方式也更加豐富。ZigBee技術(shù)廣泛的應用在PC外設、消費類電子產(chǎn)品、智能家居控制、醫(yī)療技術(shù)以及工業(yè)自動化等領(lǐng)域。由于ZigBee無線網(wǎng)絡屬于自組織網(wǎng)絡，且其具有較高的靈活性，因此可應用ZigBee技術(shù)組建智能家居系統(tǒng)的內(nèi)部網(wǎng)絡。智能家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖是否存在協(xié)調(diào)器一定時間內(nèi)收到分配地址？發(fā)出入網(wǎng)請求是否有加入請求一定時間內(nèi)是否收到確認？發(fā)地址確認信息成功加入網(wǎng)絡請求分配地址Y節(jié)點地址設置YY發(fā)送地址分配信息Y是否分配地址列表請求Y相應請求（同意？）YN超時？NNN將自己設置為協(xié)調(diào)器NNN記錄該節(jié)點信息YCC2530芯片的應用電路圖集成CC2530芯片的傳感器示例終端設備與協(xié)調(diào)器的交互流程本章內(nèi)容結(jié)束，謝謝！第3章ZigBee通信技術(shù)4.1藍牙技術(shù)的概論4.2藍牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)4.3藍牙網(wǎng)絡連接4.4藍牙通信4.5藍牙的應用領(lǐng)域第4章藍牙通信技術(shù)4.1藍牙技術(shù)的概論藍牙作為一種短距離無線通信技術(shù)，具有低成本、低功耗、組網(wǎng)簡單和適于語音通信等優(yōu)點。最初設計的主要目的是取代設備之間通信的有線連接，以便實現(xiàn)移動終端與移動終端、移動終端與固定終端之間的通信設備以無線方式連接起來。4.1藍牙技術(shù)的概論由于藍牙的無線通信連接技術(shù)使得人們從有線連接的束縛中解放出來，已經(jīng)成為近年來發(fā)展最快的無線通信技術(shù)之一，得到的支持最多，具有廣闊的應用前景。4.1藍牙技術(shù)的概論藍牙一詞是10世紀時一位丹麥國王HaraldBlatand的綽號，Blatand在英文里的意思可以被解釋為Bluetooth(藍牙)。藍牙這個標志的設計取自HaraldBlatand國王名字中的“H”和“B”兩個字母，用古北歐字母來表示，將這兩者結(jié)合起來，就成為了藍牙的Logo。4.1藍牙技術(shù)的概論4.1.1藍牙技術(shù)的發(fā)展1994年，愛立信移動通信公司開始研究具有低成本、低功耗、組網(wǎng)簡單和適于語音通信等特點的無線接口的可行性。1998年5月，愛立信公司聯(lián)合了諾基亞、英特爾、IBM和東芝4家業(yè)界中頂尖的公司，并一起聯(lián)合成立了藍牙特殊利益集團(SpecialInterestGroup，SIG)4.1藍牙技術(shù)的概論4.1.2藍牙技術(shù)的特點藍牙是一種近距離的保證可靠接收和信息安全的開放的無線通信技術(shù)規(guī)范，它可在世界上的任何地方實現(xiàn)短距離的無線語音和數(shù)據(jù)通信，主要原因是它具有如下特點。1)藍牙技術(shù)的開發(fā)性2)短距離3)無線性4)具有互操作性和兼容性5)全球范圍適用6)語音和數(shù)據(jù)4.1藍牙技術(shù)的概論4.1.3藍牙技術(shù)的版本藍牙技術(shù)誕生到發(fā)展至今，已經(jīng)經(jīng)歷了從V1.0到V5.0的5代版本4.2藍牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)藍牙技術(shù)規(guī)范是由SIG制定的，屬于一種在通用無線傳輸模塊和數(shù)據(jù)通信協(xié)議基礎(chǔ)上開發(fā)的交互服務和應用。藍牙技術(shù)規(guī)范的目的是使符合該規(guī)范的各種設備應用之間能夠互通，這就要求本地設備與遠端設備使用相同的協(xié)議，不同的應用需要不同的協(xié)議，但所有的應用都要使用藍牙技術(shù)規(guī)范中的軟件層和硬件層。4.2藍牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)藍牙協(xié)議采用分層結(jié)構(gòu)，遵循開放系統(tǒng)互連參考模型。該模型從低到高分別是：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層4.2藍牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)完整的藍牙協(xié)議棧4.2藍牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)4.2.1底層硬件模塊傳輸協(xié)議的作用是使藍牙設備間能夠相互確認對方的位置，且建立和管理藍牙設備間的物理鏈路和邏輯鏈路。這部分的傳輸協(xié)議可以再劃分為兩部分，即高層傳輸協(xié)議和低層傳輸協(xié)議。4.2藍牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)低層傳輸協(xié)議運行在單芯片藍牙硬件模塊上4.2藍牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)2.4GHz的ISM波段是一種短距離無線傳輸技術(shù)，供開源使用4.2藍牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)無線收發(fā)器的主要功能是調(diào)制/解調(diào)、幀定時恢復和跳頻功能同時完成發(fā)送和接收操作4.2藍牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)鏈路管理協(xié)議層利用狀態(tài)機定義了設備的5種狀態(tài)，分別是就緒、掃描、廣播、發(fā)起、連接4.2藍牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)4.2.2中間協(xié)議層在藍牙邏輯鏈路上工作，中間協(xié)議層為高層應用協(xié)議或程序提供了必要的支持，為上層應用提供了各種不同的標準接口。串口仿真協(xié)議(RFCOMM)是一個仿真有線鏈路的無線數(shù)據(jù)仿真協(xié)議，提供了對RS-232串行接口的仿真，為建立在串口之上的傳統(tǒng)應用提供接口環(huán)境，符合歐洲典型標準化規(guī)定的TS07.10串口仿真協(xié)議，并且針對藍牙的實際應用情況作了修改。4.2藍牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)4.2.3高端應用層高端應用層位于藍牙協(xié)議棧的最上部分，是由選用協(xié)議層組成的。該層是指那些位于藍牙協(xié)議堆棧之上的應用軟件和其中所涉及的協(xié)議，即藍牙應用程序，由開發(fā)上層各種通信諸如撥號上網(wǎng)和語音通信等驅(qū)動。4.2藍牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)OBEX(ObjectExchangeProtocol)是對象交換協(xié)議，它支持設備間的數(shù)據(jù)交換，采用客戶/服務器模式提供與HTTP(超文本傳輸協(xié)議)相同的基本功能。該協(xié)議作為一個開放性標準，還定義了可用于交換的電子商務卡、個人日程表、消息和便條等格式。4.2藍牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)英特網(wǎng)協(xié)議：該部分協(xié)議包括點對點協(xié)議、網(wǎng)際協(xié)議、傳輸控制協(xié)議和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議等，用于實現(xiàn)藍牙設備的撥號上網(wǎng)，或通過網(wǎng)絡接入點訪問Internet和本地局域網(wǎng)。WAP(WirelessApplicationProtocol)是無線應用協(xié)議，在數(shù)字蜂窩電話和其他小型無線設備上實現(xiàn)因特網(wǎng)業(yè)務是其目的。它支持移動電話瀏覽網(wǎng)頁、收取電子郵件和其他基于因特網(wǎng)的協(xié)議。4.2藍牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)WAE(WirelessApplicationEnvironment)是無線應用環(huán)境，它提供用于WAP電話和個人數(shù)字助理PDA所需的各種應用軟件。紅外無線傳輸技術(shù)早于藍牙技術(shù)，它有著廣泛的應用，它所支持的一些應用模型也是藍牙技術(shù)的重要應用方向，因此SIG采用了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會的會話層協(xié)議，即紅外對象交換協(xié)議，使高層應用可以同時運行在藍牙和紅外的無線鏈路之上，這就是紅外數(shù)據(jù)協(xié)會互操作性的含義。4.2藍牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)紅外數(shù)據(jù)協(xié)會互操作協(xié)議：藍牙規(guī)范采用了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會的對象交換協(xié)議，使得傳統(tǒng)的基于紅外技術(shù)的對象交換應用同樣可以運行在藍牙無線接口之上。音頻視頻分發(fā)傳輸協(xié)議定義了藍牙設備間音頻視頻數(shù)據(jù)流的協(xié)商，建立和傳輸過程以及相互交換的信令消息形式。4.2藍牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)藍牙音頻視頻控制傳輸協(xié)議定義了藍牙音頻視頻設備之間傳輸控制指令和響應消息的標準，藍牙音頻視頻控制傳輸協(xié)議可以使用音頻視頻設備同時支持多個應用框架，每一個應用框架定義了各自相應的消息格式與使用規(guī)則。4.3藍牙網(wǎng)絡連接藍牙系統(tǒng)采用一種靈活的Ad-Hoc的組網(wǎng)方式，使得一個藍牙設備可同時與7個其他的藍牙設備相連接。藍牙系統(tǒng)采用一種無基站的靈活組網(wǎng)方式，使得一個藍牙設備可同時與其他多個藍牙設備相連，這樣就形成了藍牙微微網(wǎng)(Piconet)。微微網(wǎng)是實現(xiàn)藍牙無線通信的最基本方式，微微網(wǎng)不需要類似于蜂窩網(wǎng)基站和無線局域網(wǎng)接入點之類的基礎(chǔ)網(wǎng)絡設施。4.3藍牙網(wǎng)絡連接4.3.1微微網(wǎng)和散射網(wǎng)在一個微微網(wǎng)中，所有設備的級別是相同的，具有相同的權(quán)限。主設備單元負責提供時鐘同步信號和跳頻序列，從設備單元一般是受控同步的設備單元。4.3藍牙網(wǎng)絡連接散射網(wǎng)(Scatternet)是多個微微網(wǎng)在時空上相互重疊形成的比微微網(wǎng)覆蓋范圍更大的藍牙網(wǎng)絡，其特點是微微網(wǎng)間有互連的藍牙設備4.3藍牙網(wǎng)絡連接4.3.2藍牙網(wǎng)絡的狀態(tài)藍牙設備在建立連接以前，通過在固定的一個頻段內(nèi)選擇跳頻頻率或由被查詢的設備地址決定，迅速交換握手信息時間和地址，快速取得設備的時間和頻率同步。建立連接后，設備雙方根據(jù)信道跳變序列改變頻率，使跳頻頻率呈現(xiàn)隨機特性。4.3藍牙網(wǎng)絡連接藍牙網(wǎng)絡狀態(tài)及其關(guān)系4.4藍牙通信發(fā)送端(TXD)一般表示為自己的發(fā)送端，正常通信必須連接另一個設備的RXD。接收端(RXD)一般表示為自己的接收端，正常通信必須連接另一個設備的TXD。藍牙模塊與各種TTL(Transistor-TransistorLogic)電平設備相連4.4藍牙通信在實現(xiàn)藍牙通信的例子中，需要準備好兩個藍牙4.0模塊和一個TTL轉(zhuǎn)USB模塊。4.4藍牙通信TTL轉(zhuǎn)USB模塊的實物圖4.4藍牙通信把其中一個藍牙4.0與其相連。在藍牙通信時，設備的TXD永遠接另一個設備的RXD，即藍牙4.0的接收端要與USB轉(zhuǎn)TTL模塊的發(fā)送端連接。4.4藍牙通信當藍牙4.0模塊與USB轉(zhuǎn)TTL